Questo progetto, a differenza del precedente, presenta un’elevata densità di componenti (con densità si intende il rapporto tra l’area dei componenti e l’area totale della scheda). Presenta inoltre
componenti su entrambe le facce della scheda. Il circuito stampato sarà del tipo a 4 strati con i layers interni dedicati ad alimentazione e massa (chiamati anche plane layer).
Le considerazioni viste per il progetto precedente sono tuttora valide e saranno riprese brevemente. Si inizia disegnando il perimetro della scheda e posizionando i fori ed eventuali componenti che, secondo le specifiche del cliente, devono trovarsi in posizioni particolari. In questo caso i connettori sono posizionati lungo il bordo della scheda, inoltre in lato bottom vi sono dei componenti che devono essere posti in una posizione predeterminata.
Il posizionamento degli altri componenti avviene a discrezione del progettista secondo i criteri descritti nell’esempio precedente: Si ricreano nello spazio di lavoro i gruppi circuitali che andranno
un componente collegato ad una alimentazione circondato da componenti di un’altra alimentazione. Il motivo verrà spiegato successivamente.
Durante la disposizione bisogna anche tener conto che la scheda presenta componenti su entrambe le facce. I componenti tradizionali, cioè quelli che vanno montati utilizzando dei fori passanti (in questo caso morsettiere, integrati tradizionali……) limiteranno la disposizione dei componenti sulla faccia opposta rispetto a quella dove sono montati. La causa di ciò è il foro con la relativa pad circolare: esso non permette il posizionamento dei componenti inducendo il loro conseguente spostamento.
Anche il piazzamento dei vias è limitato, dal momento che in entrambe le facce vi sono dei
componenti con le relative pads: non è possibile collocare un via in un punto se sull’altra faccia del pcb vi sono delle pads.
Ecco come appare la disposizione dei componenti sul lato top. Si noti come ogni integrato ha accanto a sé un condensatore di filtro (CF).
Anche i quarzi sono posti vicino all’integrato cui sono collegati. I fori visibili provengono da componenti posizionati sul lato bottom della scheda.
Tali componenti creano qualche difficoltà in fase di posizionamento.
Ecco come appare il lato bottom. Si possono vedere i connettori a bordo scheda (sono proprio i fori visibili sul lato top).
I componenti in questo lato hanno forma non comune.
A titolo informativo si specifica che questi sono componenti per
Sbroglio.
Prima di iniziare lo sbroglio si definisce lo spessore delle piste, che variano molto poco rispetto al progetto precedente. Si sceglieranno 12 mils per le piste di segnale, 30 mils per le piste di
alimentazione e massa.
La dimensione di queste ultime è inferiore rispetto al progetto precedente perché si utilizzano 4 strati, due dei quali sono dedicati appunto solo alle alimentazioni e massa. Le poche piste che si andranno a creare saranno brevi e alimenteranno pochi componenti (la larghezza delle tracce può quindi essere ridotta).
Gli isolamenti sono di 12 mils tra piste di segnale e 3mm tra piste ad alta tensione.
Il tipo di via da utilizzare ha il foro di 20mils, con la pad circolare da 38 mils (questi vias sono più piccoli rispetto ai precedenti).
In tutto il progetto si utilizzerà sempre lo stesso tipo di vias.
Paradossalmente si potrebbe pensare che la difficoltà per sbrogliare questo progetto sia
notevolmente aumentata, a causa dell’elevato numero di componenti e dell’utilizzo di 4 layers. In realtà il lavoro è leggermente semplificato in quanto le piste di alimentazione e massa (che sono le più larghe e le più lunghe fra tutte le piste possibili) vengono sbrogliate senza problemi e
soprattutto senza essere d’intralcio per tutte le altre piste, dal momento che andranno ad occupare i layers interni.
Si parte sbrogliando tutti i collegamenti di segnale (ad eccezione di alimentazioni e massa) utilizzando la tecnica vista precedentemente: nel top layer si creano piste seguendo una direzione, nel bottom layer si creano piste seguendo l’altra direzione. Se con la pista si deve passare da un lato all’altro si utilizza un via.
Ecco lo sbroglio della scheda, come si può notare le masse(in giallo) e le alimentazioni (in viola e rosso) non sono state sbrogliate.
Per l’integrato in alto a destra si noti come le piste sono state portate verso l’esterno e solamente una pista che cortocircuita due pins dell’integrato passa al di sotto di esso.
Ecco come appare il bottom layer in questa fase dello sbroglio.
Per le alimentazioni e le masse si utilizzano invece i layers interni.
Normalmente si utilizza il secondo layer (quello al di sotto della faccia superiore) per la massa, il terzo layer per le alimentazioni.
Per prima cosa si procede con il disegnare i layers interni: per la massa non c’è alcun problema, tutto il piano interno sarà dedicato ad essa. Il piano di alimentazione invece dovrà essere suddiviso in due parti, ciascuna dedicata ad una alimentazione. Se la precedente disposizione dei componenti è avvenuta in maniera ottimale la creazione dei 2 distinti piani di alimentazione separati risulterà semplificata. Ogni piano di alimentazione verrà a trovarsi al di sotto delle zone del circuito che avranno la stessa alimentazione.
Con queste due immagini voglio far notare come la divisione del layer di alimentazione in due parti rispecchi il posizionamento dei componenti che sono connessi all’alimentazione. I fori che si vedono sui layer di alimentazione (sopra) e sul layer di massa (sotto) permettono il passaggio dei vias di tutte le piste tracciate precedentemente.
Questo è il layer interno di massa, come si può vedere è esteso sull’intera superficie del pcb. Ulteriori fori si aggiungeranno quando andremo a sbrogliare le alimentazioni e le masse.
Una volta creati i layers interni si procede nel seguente modo: appena usciti dalla pad del
componente si utilizza un via che andrà a collegarsi al corrispettivo layer. Per componenti non di tipo SMD, o in generale componenti che sono saldati alla scheda attraverso foro passante, non occorre nemmeno applicare un via (il foro collega già il pin del componente al corretto layer interno).
Ecco alcuni esempi su come sbrogliare alimentazioni e masse: il catodo del led (in giallo) è collegato a massa tramite un via (cerchio giallo).
Non è necessario utilizzare un via per ogni pad: il via di alimentazione( in rosso) è collegato a 2 pads.
Nel caso a sinistra (in viola) si sono utilizzati 2 vias per collegare all’alimentazione 4 pads.
In questa immagine si nota che sotto al pin A non è collegata alcuna pista. Infatti è già collegato a massa attraverso il foro. Il pin B serve come collegamento di massa per i due componenti SMD sotto di esso. Si è risparmiato in via.
Ecco un esempio su quanto appena detto: le due pads di alimentazione (pads rosse) non possono essere sbrogliate come nel caso delle 2 pads di massa (in giallo) perché sopra, in layer 3, vi è un’altra alimentazione.
E’ necessario sbrogliare in bottom layer e portarsi al di sotto della corretta alimentazione in layer 3 (alimentazione rossa in layer 3).
I condensatori di filtro collegati al pin di un qualsiasi integrato fanno eccezione: un via alimenta il condensatore, successivamente il condensatore viene collegato al pin dell’integrato.
Si veda qualche esempio:
In tutti i casi si può notare come l’alimentazione sia collegata prima al condensatore di filtro e successivamente dal
condensatore di filtro si collega al pin.
Un fatto importante, che merita attenzione, è la pad termica.
Può capitare, infatti, che questa risulti collegata ai piani di alimentazione solo tramite una traccia diagonale sottile, a causa del posizionamento del componente a bordo scheda o molto vicino ad altri componenti (nell’immagine sottostante tali pads sono indicate con una freccia).
E’ necessario quindi rafforzare il collegamento ai piani di alimentazione o massa tracciando delle piste che escono dalla pad in direzione orizzontale o verticale, come rappresentato nella parte destra dell’immagine sottostante.
Espansione di massa e posizionamento dei fiducials.
Se richiesto si creano le espansioni di massa in top layer e bottom layer e si posizionano dei vias di cortocircuito tra le espansioni di massa in top e bottom layer.
Alla fine si posizionano i fiducials: 2 in top layer, 2 in bottom layer. Il risultato è il seguente:
Top Layer Layer 2 (massa)
Serigrafia e schema di montaggio dei componenti.
Le considerazioni effettuate per il primo progetto valgono anche in questo caso.
Il risultato finale è sotto riportato tramite lo schema di montaggio per il lato top e la serigrafia per i pochi componenti che si trovano sul lato bottom.
Schema di montaggio dei componenti.
Serigrafia del lato bottom.
Le scritte sono al contrario perché si tratta del lato inferiore della scheda.
I numeri che si vedono in basso servono per numerare i pins
dell’integrato che si trova in quella posizione.
6. SBROGLIO DI UNA SCHEDA CON CIRCUITO INTEGRATO CON PACKAGE BGA.